西门子6ES7216-2BD23-0XB8详细说明

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1 引言

天平广泛应用于科研、、金融、建材、计量、公路、工矿等企业进行计量检测。天平做为重要的称量仪器，种类繁多，按使用范围大体上可分为工业天平、分析天平、专用天平。按结构可分为等臂双盘阻尼天平、机械加码天平、半自动机械加码电光天平、全自动机械加码电光天平、单臂天平和电子天平。按精密度可分为精密天平、普通天平。各类天平结构各异，但其基本原理是一样的，都是根据杠杆原理制成的。

天平是一种专业计量设备，根据量程范围和计量物体不同，天平的主体框架和机械结构也有所不同，砝码系统也不尽相同，天平系统核心机械部件决定天平计量精度。本文介绍的自动计量天平专门用于计量气体质量的非标准天平计量设备，计量飞机发动机各项气体指标是否满足要求，以及提供参考数据用于发动机研发人员提高发动机性能，对于我国飞机核心部件的研发和提升性能具有积极意义。

2 系统设计

2.1 系统分析

国内制造工业天平的研究机构研发的天平设备加减码系统均为人工或者机械加减码，操作缺乏灵活，计量效率和质量不利于提升设备经济价值和产品档次。本项目天平自动计量系统研发成功了国内天平计量设备自动化控制的空白，设备具有完全自主知识产权，控制系统采用台达PLC作为主控器，同时驱动4轴独立交流伺服系统，上位机人机界面监控天平运行状态，输入加码质量，系统实现精准自动加减码，无论从核心部件还是控制系统都可以和国外同类设备相媲美。

2.2 天平自动计量系统组成结构

(1)天平开关： 采用4千瓦三相异步电动机，由接近开关控制停止位置。

(2)秤盘升降： 采用2.2千瓦三相异步电动机，由接近开关控制停止位置。

(3)自动加码： 左右盘对称各一套，分为公斤组（400W伺服电机驱动）；十公斤组（400W伺服电机驱动）；百公斤组（120W异步电机驱动）。三组砝码应能实现0kg～199kg任意质量的自动组合。

2.3 系统设计

（1）控制系统原理：天平自动计量控制系统采用双主站控制方式，人机界面和工控PC机同时作为主站监控从站PLC动作，HMI通过COM1通讯口与PLC COM1（RS232）通讯口连接，工控PC机通过COM1通讯口与PLC COM2（RS485）通讯口，从而实现命令下达和动作反馈等监控功能，实现设备自动化控制要求。主控器台达PLC同时连接4颗独立伺服驱动系统，高速脉冲控制伺服行进距离和行进速度，达到精确加减砝码控制要求，同时PLC模拟量模块实时采集压力传感器信号，转换为压力数值供上位机显示和程序处理使用，天平其他部件动作条件检测和动作驱动完成均由PLC数字量输入输出接口按照程序逻辑输出实现控制功能

． 工艺要求﹕
1.数字裁切机要求有点动调试功能﹕点动按钮按下时﹐走布电机于原本定位位置反向走布,距离约为20MM,然后正向送布,走到设定布长后立即停车。
2.按下裁切按钮,当到布按近开关点亮时,开始裁布。
3.按下复位按钮,将布长设定值清零。
4.可以随时改变布长设定值。
5.人机界面上设置开机,停止按钮,机台上另外设置紧急停止开关。
6.人机界面设自动,手动﹐半自动开关,应对不同的加工需求。
7.缺布报警;伺服异常报警;越限报警,变频异常报警等。
8.收布电机速度可任意调整。

二．配置﹕
1. 台达DVP32ES00T 一台﹔
2. HITECH 人机PWS700T-STN一台﹔
3. 信浓伺服电机3MB300B3CEM7F一台﹔
4. 伺服控制器H30B一台﹔
5. 台达变频器VFD022A43B一台﹔
6. 国产低压电器﹐接近开关﹐按钮等。

三．系统实现﹕
1. 考虑到客户收布电机加减速时间要求在零点几秒内实现停车及﹐
电机功率为1.5KW,选用2.2KW电机,保证有足够的裕量﹐防止刹车过快﹐导致电流急剧上升造成跳过载。
2. 客户要求布长长度范围在500~2000MM内﹐送布伺服电机完成从到定位停止的时间控制在1秒以内﹐所以选用伺服制动电阻。
3. 定位精度求在1MM以内﹐由于客户加了两级减速机构﹐减速比为1﹕30﹐根据系统扭力要求﹐增大伺服的规格﹐选用2000脉波﹐功率为3KW伺服。
4. 变频器的频度变更采用外部电位机调整﹔起停采用PLC输出控制。
5. 人机界面设手动﹐半自动﹐全自动切换方式﹔系统开机﹐停机均采用人机与外部控制相结合的方式﹐以增加系统的可靠性﹔布长设定采用人机输入方式﹐且设定为权限人员方可操作。

四．关于伺服控制﹕
1. 由于伺服电机易受外部的干扰造成定位不准的状况﹐本系统按照伺服
的布线原则进行排线﹐采用双绞线方式引出PLC的脉冲控制信号﹐可靠的接地线以屏避干扰。
2. 伺服驱动器控制线采用带屏避层的同心电缆﹐伺服电源线与控制线分
开走线﹐PLC的公共端与伺服机器地对接。用监控的方式查验PLC脉冲的收发情况﹐结果非常良好﹐较大的误差为1个脉冲。
3. 由于机械减速比为1﹕30的情况下仍不满足要求﹐所以结合伺服增大
电子齿轮比﹐以满足系统要求﹐在本系统中﹐伺服的1个脉冲的电气控制精度放大了8倍﹐即电子齿轮比设定为8﹐仍足以满足电气精度的要求。

4. 伺服系统接线如下图所示﹕采用开集电极接线方式

在送水工程中，不靠大桶槽或虚耗能源的节流阀而能维持恒压, 乃较大的技术挑战。同时必须防止泵浦急速开停循环而导致压力涌浪。采用变频器是个解决方法. 但在控制上需要技巧。一般变频器由外部PLC或PID控制器接受运转指令, 整合及架设比较耗时困难。台达 VFD-F风扇和水专用变频器则藉由内建泵浦控制逻辑, 大幅简化送水系统的变速控制。
（1）监测压力及流量
压力及流量为泵浦控制的两个重要元素。VFD-F可藉由压力或流量传感器回传之电压源或电流源信号持续追踪压力及流量, 泵浦只在需要时转或停止。可节省耗电并延长马达及泵浦的寿命。
（2）控制多台泵浦
同时, 对于为了提高流量, 使用一台以上泵浦的系统, VFD-F可以藉由内建Relay(或选购Relay卡)控制额外泵浦在需要时的起动或停止, 以维持恒压. 参数中含括几个*创的特色, 可防止扰人的开开停停, 提供泵浦之间平顺的转移及维持压力在狭窄的范围带。
（3）可控制各种泵浦
VFD-F可控制任何以马达驱动的泵浦, 内建较小速度设**可符合沈井泵马达制造厂家的较低速度要求。 由于VFD-F变频器可使用V/F曲线设定提供低速亦可达到**额定转矩, 可提供正排量泵浦低转速时所需转矩, 使用者不必加大变频器与马达容量。 使用 Line-shaft 透平泵浦时可锁除危险转速。
（4）查修容易
问题发生时, VFD-F会显示于面板上. 并记录较近三次错误. 藉以协助查修。
（5）弹性用途
VFD-F具有 100 个以上可由用户选择参数, 可调成较适合使用者的应用条件。 可*惯性停止或减速停止, 可选择加减速度, 预设转速及持续时间以灌注空管线(多段速), 锁除危险频率(跳跃频率, 避免共震), 以及用于加压主管线的「睡眠/」模式(如在泵浦运转且压力上升至用户*之较大值后, 便自动停止运转。当停止运转期间压力下降至用户*之较小值, 变频器将加速泵浦直到达到所需压力)。 变频器可独立运作, 也可方便地整合于大系统中。

调机方式:

1.输入马达之额定电压, 频率, 电流: 01-01, 01-02, 05-01
2.设定V/F曲线或2/3次方曲线
3.选择使用者须要的频率及运转命令来源: 02-00, 02-01
4.设定使用者要求之加减速时间: 01-9, 01-10
5.设定停机方式: 02-02
6.设定ACI断线处理方式
7.设定时速度追踪: 02-11, 02-12; 因风扇及水会因设定自由运转停车方式时的再运转命令导致大电流输出, 为避免此情形, 建议使用者依系统须求选择此功能或以直流制动方式**将风扇及水Hold定在零速状态后再
8.设定03-00~03-07(Relay 1~8)=1~8
9.另建议客户设定低电流检出指示以避免水空转而烧毁: 06-08, 06-09, 06-10
10.在运转过程中, 若于若干时间后, 偶有过压或过流之误动作, 可设定异常再次数及次数自动复规功能以节省人员必须亲自到现场起动的时间:08-09, 08-10
11.若应用场合为大部分时间处于恒速运转, 则可开起自动省能源运转功能:08-17
12.选择恒压控制: 11-01=2(定量循环依PID)
13.设定马达数量: 11-02
14.适当设定循环控制电机切换延迟时间:11-04
15.适当设定定量循环电机切换延迟时间:11-05
16.适当设定定量循环电机切换频率:11-06
17.设定定量循环故障处理方式:11-10
18.若须要, 可配合睡眠/功能以达到省能源及延长驱动器及水寿命:11-07, 11-08, 11-09